温度-渗流-应力耦合作用下黏土岩渗透演化规律试验研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:firelord128
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温度-渗流-应力耦合作用下低渗透岩石的渗透演化规律关系到诸多深部地下工程的长期稳定性及安全问题,随着深度的增大,地应力、温度和流体压力均随之增大,形成了复杂的热流固耦合系统,在此系统中,岩石的渗流场受到应力产生的压缩作用和温度产生的损伤作用而不断发生演化,而渗流场的演化会反过来影响应力场的分布,最终影响工程的长期稳定性。目前,针对热流固耦合作用下岩石压缩阶段渗透演化的深入分析并不多见,因此开展温度-渗流-应力耦合环境下岩石渗透演化研究。本为以黏土岩材料为研究对象,通过实验研究、理论分析和数值模拟的方法对岩石渗透演化规律进行探讨。(1)开展黏土岩试样岩相分析,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)观察其岩体结构和矿物成分;开展黏土岩试样单轴压缩试验,获取其弹性模量;在温度分别为25℃、55℃、85℃,孔压分别为2MPa、3MPa、4MPa的条件下进行单试样静水压力分级加载渗透实验,得到渗透率随静水压力、孔压、温度的演化规律,由此提出渗透率的应力敏感性系数和温度敏感性系数。实验结果表明,渗透率随着静水压力的增大而降低,符合负指数函数关系;渗透率随着孔压的增大而增大,低温和高温条件下的影响规律略有不同;渗透率随着温度的增大而增大,符合指数函数关系。(2)温度-渗流-应力的耦合作用导致岩石物性参数产生动态演化,基于孔隙压缩系数的定义,得出了体积模量随有效应力的演化模型;基于体积应变的概念,得到了孔隙率的演化模型;基于Konzey-Carman方程推导得到了渗透率演化模型,并考虑应力敏感性和温度敏感性,得到耦合条件下渗透率演化模型;考虑温度对力学状态的影响,建立耦合力学模型,与物性参数演化模型共同构成了温度-渗流-应力耦合条件下的渗透演化模型,此模型可对黏土岩耦合条件下的渗透演化规律予以很好的描述。(3)通过FLAC程序内置FISH语言和二次开发接口实现渗透演化模型的内嵌,分析不同温度、静水压力、孔压条件下的渗透率、孔隙率、体积应变等的分布和演化规律,验证了模型的正确性。模拟结果表明渗透率与静水压力符合负指数函数关系;渗透率随孔压的增大而增大,低温和高温条件下的影响规律略有不同;渗透率与温度符合指数函数关系,验证了模拟结果和实验结果的一致性。
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